一種導(dǎo)熱石墨膜的制備方法及一種石墨坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱石墨膜的制備方法及一種石墨坩禍。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子器件及其相關(guān)產(chǎn)品向高集成、高密度、高運(yùn)算方向發(fā)展，散熱問(wèn)題已成為制約電子產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，開(kāi)發(fā)導(dǎo)熱性能優(yōu)良的熱量管理材料變得至關(guān)重要。
[0003]傳統(tǒng)翅片狀散熱器件采用銅、鋁等材料制成，雖然銅、鋁等材料自然資源豐富且可加工性好，但是銅、鋁導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)低，分別只有402W/(m.K)、237W/(m.K)，嚴(yán)重影響器件的散熱性能，已不能滿(mǎn)足日益發(fā)展的電子產(chǎn)品的散熱需求。石墨因其擁有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)密度小，還可加工成較薄的片材，已被廣泛用作電子產(chǎn)品的散熱材料。
[0004]散熱石墨主要分為兩大類(lèi)，分別是天然石墨和人工石墨。天然石墨典型的生產(chǎn)加工方式是，將片狀石墨片與濃硝酸或濃硫酸等濃酸混合，發(fā)生插層化學(xué)反應(yīng)，然后水洗、干燥和高溫膨脹制得膨脹型石墨，最后經(jīng)層壓或壓延制得石墨散熱片材。該工藝繁瑣復(fù)雜，產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，所制膜材的厚度通常在0.05mm以上，且容易掉粉，熱傳導(dǎo)系數(shù)通常也只能達(dá)到500W/(m.K)左右。因此，米用天然石墨制備散熱石墨I(xiàn)旲的成本尚，收?低，材料品質(zhì)也得不到保證。
[0005]目前已有人工合成導(dǎo)熱石墨膜的技術(shù)公開(kāi)，一般采用高分子薄膜制備人工石墨膜片材，大小一般在100mm*200mm左右，其導(dǎo)熱系數(shù)通?？蛇_(dá)1500?2000W/(m.K)，工藝簡(jiǎn)單成本低，所制散熱石墨在導(dǎo)熱、耐彎曲性能等多方面均有較大優(yōu)勢(shì)，由于石墨膜只有在連續(xù)完整的情況下才能保證其連續(xù)的導(dǎo)熱率，因此長(zhǎng)度達(dá)數(shù)十米甚至數(shù)百米的大尺寸石墨膜卷材較小尺寸的石墨膜片材有更高的產(chǎn)品利用率，加工使用也更方便，還能滿(mǎn)足大尺寸電子產(chǎn)品的散熱需求，但目前制備大尺寸的高質(zhì)量石墨膜時(shí)技術(shù)上存在一定的難度，雖有相關(guān)專(zhuān)利報(bào)道，但由于加工過(guò)程熱量傳遞不均勻，所制石墨膜結(jié)晶度參差不齊，石墨膜的導(dǎo)熱和各項(xiàng)物理機(jī)械性能均達(dá)不到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱石墨膜的制備方法及一種石墨坩禍，用以解決大尺寸石墨膜導(dǎo)熱和各項(xiàng)物理機(jī)械性能不合格的問(wèn)題。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]—種導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，具體為采用表面附著金屬鹽粉末的高分子薄膜卷材為原材膜，將其置于石墨坩禍內(nèi)進(jìn)行碳化、石墨化處理，最后壓制得到所述導(dǎo)熱石墨膜。
[0009]其中碳化在碳化爐中進(jìn)行，石墨化在石墨化爐中進(jìn)行。
[0010]所述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，包括如下步驟:
[0011 ]步驟I:原材膜制備:在高分子薄膜卷材的表面覆蓋上一層金屬鹽粉末，制成原材膜；
[0012]步驟2:碳化、石墨化處理:將所述原材膜與石墨紙卷繞形成卷材放入石墨坩禍，在碳化爐中進(jìn)行碳化、石墨化爐中石墨化處理制得半成品；
[0013]步驟3:將步驟2得到的半成品經(jīng)過(guò)壓延得到所述導(dǎo)熱石墨膜。
[0014]作為優(yōu)選，所述高分子薄膜卷材的材質(zhì)選自聚酰亞胺、聚酰胺、聚苯并惡唑、聚噻唑、聚苯并噻唑、聚對(duì)亞苯基亞乙烯基和聚苯并咪唑。
[0015]作為優(yōu)選，所述高分子薄膜卷材的厚度為50?70μπι。
[0016]作為優(yōu)選，所述金屬鹽粉末配制成金屬鹽溶液，經(jīng)過(guò)噴涂裝置均勻噴涂在高分子薄膜卷材表面，烘干后，所述金屬鹽粉末覆蓋在高分子薄膜卷材表面。
[OO17 ]作為優(yōu)選，所述金屬鹽溶液的溶劑為水或乙醇。
[0018]作為優(yōu)選，所述金屬鹽粉末選自鐵鹽、鎳鹽、鈷鹽、銅鹽、鋅鹽、鋁鹽及鐵鹽、鎳鹽、鈷鹽、銅鹽、鋅鹽或鋁鹽的水合化合物中的一種或一種以上，金屬鹽高溫發(fā)生分解和還原，最后只在膜表面留下少量金屬，這些金屬作為催化劑可以促進(jìn)高分子薄膜的石墨化進(jìn)程，提高石墨膜的結(jié)晶度，此外殘留的少量金屬還能提高石墨膜的縱向熱傳導(dǎo)效率。
[0019]作為優(yōu)選，所述金屬鹽粉末優(yōu)選為氯化鐵、氯化鎳、氯化鈷、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硫酸鐵、硫酸鎳、硫酸鈷及氯化鐵、氯化鎳、氯化鈷、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硫酸鐵、硫酸鎳或硫酸鈷的水合化合物中的一種或一種以上。
[0020]作為優(yōu)選，所述金屬鹽溶液中金屬鹽的質(zhì)量濃度為0.5?15%，優(yōu)選為2?10%。
[0021]作為優(yōu)選，所述金屬鹽溶液中添加表面活性劑，所述表面活性劑使液滴在高分子薄膜表面更好地鋪展開(kāi)，所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、月桂醇硫酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和甘膽酸鈉中的至少一種。
[0022]作為優(yōu)選，所述碳化處理的碳化溫度為600?1600°C，優(yōu)選為800?1400°C。
[0023]作為優(yōu)選，所述碳化溫度的升溫速率為0.5?5°C/min，優(yōu)選為I?2°C/min。
[0024]作為優(yōu)選，所述碳化處理的碳化時(shí)間為I?IOh。
[0025]作為優(yōu)選，所述碳化過(guò)程中，對(duì)碳化爐進(jìn)行間隔地抽真空和通入惰性氣體處理，或者碳化爐保持真空狀態(tài)。
[0026]作為優(yōu)選，所述石墨化處理的石墨化溫度為2400?3300°C，優(yōu)選為2600?3100°C。
[0027]作為優(yōu)選，所述石墨化溫度的升溫速率為I?20°C/min，優(yōu)選為I?10°C/min。
[0028]作為優(yōu)選，所述石墨化處理的石墨化時(shí)間為I?48h，優(yōu)選為6?24h。
[0029]作為優(yōu)選，所述石墨化過(guò)程中，對(duì)石墨化爐進(jìn)行間隔地抽真空和通入惰性氣體處理，或者持續(xù)通入惰性氣體。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):采用本發(fā)明所述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法制備石墨膜，所述金屬鹽粉末與石墨紙均能促進(jìn)原材膜石墨化，與采用現(xiàn)有的方法制備的石墨膜相比，本發(fā)明所述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法制備的石墨膜的結(jié)晶度得到提高，從而提尚石墨I(xiàn)旲的品質(zhì)，因而能制備導(dǎo)熱性能及各項(xiàng)物理性能均符合要求的大尺寸的石墨I(xiàn)旲；當(dāng)采用現(xiàn)有的方法能制備導(dǎo)熱性能及各項(xiàng)物理性能均符合要求的石墨膜時(shí)，采用本發(fā)明所述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法制備石墨膜時(shí)，既能保證石墨膜導(dǎo)熱性能及各項(xiàng)物理性能均符合要求，又能夠降低石墨化溫度，從而降低生產(chǎn)成本。
[0031]本發(fā)明還提供一種石墨坩禍，用于上述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法中，所述石墨坩禍為立方體型石墨坩禍。
[0032]作為優(yōu)選，所述石墨坩禍臥倒或直立堆疊放置在石墨化爐中，所述石墨坩禍中放置的原材膜進(jìn)行石墨化處理。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述石墨坩禍與現(xiàn)有技術(shù)中圓桶型坩禍相比增大了與爐體的接觸面積，在進(jìn)行熱處理時(shí)可以更好的將熱量傳遞給原材料，此外立方體型石墨坩禍可以實(shí)現(xiàn)更好的堆疊，大幅提高石墨化爐的單次生產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明所述石墨坩禍的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖中所示:1_立方體型石墨坩禍、2-圓柱形空腔。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0037]結(jié)合實(shí)施例1，進(jìn)一步闡述本發(fā)明所述石墨坩禍:
[0038]實(shí)施例1
[0039]請(qǐng)參考圖1，所述石墨坩禍為立方體型石墨坩禍I，且所述立方體型石墨坩禍I上設(shè)有一個(gè)圓柱形空腔2，原材膜放置在所述圓柱形空腔2中，所述石墨坩禍堆疊在碳化爐和石墨化爐中，對(duì)原材膜進(jìn)行碳化、石墨化處理。
[0040]進(jìn)一步闡述本發(fā)明所述導(dǎo)熱石墨膜的制備方法:
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]選擇厚度為70μπι，幅寬為700mm的聚酰亞胺(PI)薄膜卷材，配制質(zhì)量濃度為5%的氯化鐵與硝酸鐵的混合水溶液，其中氯化鐵含量為4%，硝酸鐵含量為1%，水溶液中含有2%的十二烷基硫酸鈉。將PI膜卷材展開(kāi)通過(guò)噴涂裝置，在表面均勻地噴涂上一層上述混合溶液，噴涂后再通過(guò)烘干機(jī)將水蒸干制得原材膜，在原材膜上復(fù)合一層厚度為2mm的石墨紙，然后將原材膜與石墨紙卷繞收卷，卷材的幅寬與原材膜卷材大小相當(dāng)，半徑大小為95mm，選擇長(zhǎng)為800mm的實(shí)施例1所述石墨i甘禍，將卷材裝入所述石墨i甘禍的半徑為I OOmm的圓柱型空腔中，將裝好卷材的所述石墨坩禍放入碳化爐并疊層放置，堆疊層數(shù)為5。
[0043]關(guān)閉碳化爐抽真空，通氮?dú)馍郎剡M(jìn)行碳化，升溫速率控制在rC/min，當(dāng)溫度升至400°C后，持續(xù)抽真空保持爐內(nèi)真空狀態(tài)，升溫至1000°C保持6h進(jìn)行充分碳化，保溫過(guò)程保持爐內(nèi)真空。碳化處理結(jié)束后關(guān)閉真空裝置，向碳化爐中通入氮?dú)?，冷卻后將裝有碳化產(chǎn)物的石墨坩禍轉(zhuǎn)移到石墨化爐中，通入氬氣，以2°C/min的升溫速率繼續(xù)升溫，進(jìn)行石墨化處理，升溫過(guò)程每Ih抽真空一次并通氬氣，升溫至2900°C保溫10h。冷卻后關(guān)掉電源和氣體，取出石墨卷材進(jìn)行壓延和收卷，得到導(dǎo)熱石墨膜卷材。所制導(dǎo)熱石墨膜采用激光閃光法測(cè)得的面向熱傳導(dǎo)系數(shù)達(dá)到1650W/(m.K)，縱向熱傳導(dǎo)系數(shù)達(dá)到15W/(m.K)，經(jīng)20000次折彎不破裂。
[0044]對(duì)比例I
[0045]選擇厚度為70μπι，幅寬為700mm的聚酰亞胺(PI)薄膜卷材，在PI膜上復(fù)合一層厚度為2mm的石墨紙，然后將PI膜與石墨紙卷繞收卷成卷材，卷材的幅寬與PI膜卷材大小相當(dāng)，半徑大小為95mm，選擇長(zhǎng)為800mm的實(shí)施例1所述石墨i甘禍，將卷材裝入所述石墨i甘禍的半徑為10mm的圓柱型空腔中，將裝好卷材的所述石墨坩禍放入碳化爐并疊層放置，堆疊層數(shù)為